11月3日～6日，2024中国智能交通大会在杭州隆重召开。11月5日，在智慧公路建设与发展大会上，苏州市职业大学校长、东南大学博士生导师陈峻就《以主动交通管控推动区域高速公路数字化转型》做了分享，本文系现场演讲整理而来，未经本人审核，如有错漏，敬请谅解。
高快速道路包括高速公路和城市快速路，是公路运输主动脉，近年来，我国高快速道路建设取得巨大成就，打通了经济社会发展的“经脉”，但随着交通流量迅猛增长，高快速道路交通拥堵和安全等“老问题”日渐严峻，希望能够通过新技术来进行相关促进。
随着智慧公路建设的不断推进，高快速道路信息采集系统不断完善，但数据价值未能充分挖掘，“监而不控”等问题长期存在，在判别、预警、干预、调控方面还有大量工作需要去研究。
美国华盛顿州的I-5西雅图段可变限速车道控制系统，在机场高速安装了15组龙门架车道级可变情报板，据悉，该系统减少总事故数29%，减少严重伤亡事故数19%，减少追尾事故23%；反馈式单点匝道控制系统在欧洲多个国家实施，实施后早晚高峰行程时间及延误下降显著。
需要注意的是，高快速道路交通流具有高度复杂性和不确定性，国内外大量研究表明，交通流状态和通行效率、交通事故风险密切相关。其中，有两种状态显著，一是通行能力陡降，当通行能力增加到一定程度就会堵塞，二是连续交通流汇入汇出引发的震荡波或运动波，也会影响通行效率。所以，如何获取，以至于消除这些状态应该是降低安全隐患、提升通行效率的主要研究思路。
首先是基于更高质量的交通大数据，深入挖掘并揭示通行能力骤减、冲击波振荡事故风险等交通流状态发生机理，实现精准辨识与预警，并在此基础上，建立交通流主动控制技术，综合运用可变限速、车道控制等交通控制方式对交通流状态进行主动干预。
但在此思路上进行研究推进也会面临许多难点。
一是高快速道路交通流状态生成机理不明，辨识精度低。
目前来说，还难以描述通行能力骤减、运动波振荡、事故安全风险等不利交通流状态生成机制，当中的科学问题是如何解析不利交通流状态发生和演变机制，提出状态辨识和预测方法，如果能获取不利交通流状态就能够进行主动管控，在不利交通流状态发生之前提前预判，并采取相应措施消除这些状态带来的负面影响。而通行能力陡降与驾驶行为密切相关，不同国家、不同地点存在不同程度的通行能力陡降，美国认为通行能力陡降幅度在9%~23%，我国经过大量测试发现通行能力陡降幅度为20%~40%，所以建立特定场景、获取特定的精度分析也是需要研究的事情。
二是被动适应交通流变化，强随机环境下控制效果差。
过度依赖确定型的交通流模型，强随机环境下难以满足响应时间、控制精度等要求，根据大量数据分析发现，65%~75%的快速道路交通事故发生前可以观测到明显的事故潜在特征，比如频繁换道以及换道的特定位置等，基于此我们从多源数据中提取非稳态交通事件来判断事故前兆，作为交通安全间接评价指标来支持后续控制方案的制定。
三是控制场景单一，复杂环境多瓶颈协同控制实现难。
目前控制场景更侧重孤立瓶颈路段，缺乏多瓶颈影响区交叠、气象环境等的策略和方案，从控制策略和控制方案两方面解决，控制策略上，面向各类道路-气象-交通环境，提出典型场景的交通时空特征及控制侧重，控制方案上，对应典型场景，提前主动干预不利交通流状态，降低交通事故风险，提升通行效率。
高速公路多源信息智能感知与交通状态精准辨识技术。
对高精度车辆的运动轨迹进行超长距离的提取，构建了高精度车辆运动轨迹数据视频提取技术，轨迹采样精度从米级提升至亚分米级；单点/杆检测很难获取整体数据，运用轨迹跨杆匹配与接力技术能极大减少精力，通过创建雷视融合感知技术与车辆轨迹跨杆匹配技术来保障长距离、跨区域的连续车辆管理；高速公路运行观测有其复杂的地方，有数据的观测外还需要建立数字孪生和仿真模型，通过开发基于三维数字孪生的多智能体交通仿真评价技术，对物理信息进行再现，再基于数据训练去模拟更极端、更复杂的交通场景；同时，创建了基于连续车辆轨迹数据的交通状态精准辨识技术；也发明了基于事故前兆特征的交通事故风险主动预警技术，事故前兆特征越准确，主动控制的效果也越好。
复杂环境下高速公路车道级交通流主动控制技术。
特别针对复杂场景下大范围交通流的协同控制。每种交通流都有不同的特征，需要不断去积累相应的典型场景，我们建立了车道级交通流主动控制策略库，覆盖各类场景和管控需求，比如恶劣天气、追尾、拥堵等；研发了基于反馈控制架构的可变限速、匝道控制、车道控制算法，对方案进行实时反馈和动态优化；创立了数据和模型联合驱动的交通流控制算法；创建了基于一级组织区、二级控制区、三级联动区的多单元协同控制技术，将高速公路分解为若干个长度和宽度的组合单元进行多级联动，在一级组织区域，也就是最可能拥堵的区域，采取强制性车道管理来解决问题，在二级控制区采用速度平滑、限速等管理，避免陡降等震荡波出现，在三级联动区进行入口流量管控来缓解交通拥堵。
主动交通管控系统平台构建与信息服务技术。
进行高速公路主动管控需要构建一个系统级的平台，研发了具备完整自主知识产权的主动交通管控系统软件与平台，平台融合状态感知、主动管控、决策支持、信息服务等功能，以模块化的设计实时显示高速公路真实交通状态，体现方案控制优化的具体效果，交通流主动控制模块包含38个子模块，实现可变限速、匝道控制、车道管理等控制方式协同，具备22种控制策略自动生成功能，并实现子模块即插即用，能够适配不同智慧公路系统；此外，为了提供更好的服务，还研发了伴随式驾驶信息服务技术，实时推送管控与驾驶信息。
近年来，我们在多个省市开展了相关应用。2011年，首套高速公路可变限速控制系统在沪杭甬高速公路杭州段投入应用，十多年的积累证明可变限速控制的思路是可行的，同时我们也在不断丰富模型场景来推进控制技术应用；
同时，在雄安新区荣乌、京德等智慧高速系统进行研发与建设，将交通状态辨识与主动管控技术全面系统应用，成为全世界里程最长、控制单元最多、策略最丰富的主动管控系统，实现150公里路段，2000多个控制单元大范围车道级交通流协同控制，包括突发事件、上游入口连续瓶颈、恶劣天气等，主动管控技术应用后事故率降低20%，二次事故率降低90%，在提升交通安全的同时实现全天候通行，在辽宁、河北、四川等地区都得到了不错的效果。
最后是几点思考。
通过数字化、智能化手段提升高速公路整体效能已经成为行业共识，技术推广中要始终关注对核心功能，比如提升通行效率、改善交通安全、提高管理服务水平等的支撑效应；高速公路交通状态智能感知与主动管控技术具有广泛应用前景，通过相关技术的少量投入让数据发挥更大作用，也是未来发展的一个重要方向；最后，要务求实效，通过提升感知设备精度、落地控制策略，来为智慧公路提供技术服务。
